(57)【要約】  チューンド・マス・システムは、励起の大きさにより作用されるバルクマスとバルクマスに結合される応答マスとを有する。バルクマスおよび応答マスの相対的な位相が、励起の大きさの拡張した範囲の全体にわたって実質的に一定であるように、応答マスと関連した運動に対する抵抗が制御される結合機構は、励起力から独立して比例して変化するように構成される。運動に対する抵抗が制御される結合機構は、一実施形態において、可変開口往復リード（ＶＡＲＲ）弁であり、受動的な機構として作動する。他の実施形態において、能動的な運動に対する抵抗が制御される結合機構が使用される。【選択図】図２
2019510946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
破壊チューンド・マス・システムであって、
励起の大きさにより作用されるバルクマスと、
前記バルクマスに結合する応答マスであって、応答マスばね定数を有する応答マスと、
前記応答マスと関連した運動に対する抵抗が制御される結合機構であって、前記バルクマスおよび前記応答マスの相対的な位相が、励起の大きさの拡張した範囲の全体にわたって実質的に制御されるように、励起力から独立して比例して変化するように構成される運動に対する抵抗が制御される結合機構と
を備えるシステム。
【請求項２】
前記運動に対する抵抗が制御される結合機構は、前記バルクマスおよび前記応答マスの相対的な位相が前記拡張した範囲の全体にわたって実質的に一定であるように更に構成される請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記運動に対する抵抗が制御される結合機構は、受動的な機構を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記運動に対する抵抗が制御される結合機構は、可変開口往復リード（ＶＡＲＲ）弁を備える請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記運動に対する抵抗が制御される結合機構は、複数のリード弁を備える請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記運動に対する抵抗が制御される結合機構は、能動的な機構を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記運動に対する抵抗が制御される結合機構は、磁性流体を備える請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記応答マスは流体を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
外部の励起により作用されるバルク・マス・システムの応答を変更する方法であって、
応答マスを前記バルクマスに結合するステップと、
運動に対する抵抗が制御される結合機構を前記バルクマスと前記応答マスの間に結合するステップと、
励起の大きさの拡張した範囲の全体にわたって前記運動に対する抵抗が制御される結合機構によって、前記バルクマスおよび前記応答マスの相対的な位相を制御するステップと
を含む方法。
【請求項１０】
前記運動に対する抵抗が制御される結合機構によって前記バルクマスおよび前記応答マスの相対的な位相を制御する前記ステップは、前記バルクマスおよび前記応答マスの相対的な位相が、励起の大きさの前記拡張した範囲の全体にわたって実質的に一定であって力から独立しているように、励起力から独立する前記バルクマスを比例して調整することを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記バルクマスおよび前記応答マスの相対的な位相を制御する前記ステップは、前記バルクマスおよび前記応答マスの相対的な位相が、励起の大きさの前記範囲の第１の部分に対して実質的に一定であって、励起の大きさの前記範囲の第２の部分に対して実質的に変化するように、励起力から独立する前記バルクマスを比例して調整することを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
運動に対する抵抗が制御される結合機構を前記バルクマスと前記応答マスの間に結合する前記ステップは、可変開口往復リード（ＶＡＲＲ）弁を前記バルクマスと前記応答マスの間に結合することを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
運動に対する抵抗が制御される結合機構を前記バルクマスと前記応答マスの間に結合する前記ステップは、複数のリード弁を前記バルクマスと前記応答マスの間に結合することを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
運動に対する抵抗が制御される結合機構を前記バルクマスと前記応答マスの間に結合する前記ステップは、磁性流体を磁場の影響下に置くことを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記応答マスは、バルクマス周波数より著しく小さい周波数を有する反応マスばね定数を有する請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、「破壊チューンドマス」という名称の、２０１６年３月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／３１４１７８号の優先権を主張するものであり、その内容全体を参照によって本願明細書に引用したものとする。
【０００２】
政府のライセンスの権利
本発明は、アメリカ航空宇宙局によって与えられた契約番号ＮＮＭ１４ＡＤ２０Ｐの下で政府支援によってなされた。政府は本発明の特定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
チューンド・マス・システムは、一次システムの望ましくない動的応答を軽減するために一世紀以上にわたって用いられてきた。標準チューンド・マス・ダンパー（ＴＭＤ）は、マス、ばね、および構造の動的応答を減らすために構造に取り付けられるダンパーから成る装置である。その構造周波数が励起されるときに、ダンパーが共振するように、ＴＭＤの周波数は特定の構造周波数に同調する。エネルギーは、構造に作用するＴＭＤの慣性力により消散される。
【０００４】
図１は、従来技術のＴＭＤシステム１０を示し、ここで、Ｍ１は一次バルクマスを表す。バルクマスＭ１は、励起されるときに振動して、ばねＫ１およびダンパーＣIに作用する。Ｍ２は二次応答マス（軽減マス）であり、Ｋ２は応答マスばね定数であり、そしてＣ２は二次ダンパーである。ＴＭＤシステム１０は、全システムからエネルギーを消散する手段を提供するために、軽減マスＭ２の共振状態を利用する。現行のＴＭＤシステムに対する欠点は、それらが励起を軽減する「応答する」方法であるということである。この文脈における「応答する」は、それらの有効性が力入力の周波数および大きさに応答することに直接依存することを意味する。エネルギーを一次システムＭ１から軽減マスＭ２に伝達して消散するには時間がかかる。この伝達立ち上がり時間の間に、一次システム応答は、最小限軽減される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術のＴＭＤシステムの方法は、エネルギーの伝達および消散に重点を置く。システムが軽減するように設計されている望ましくない振動状態があり、そしてほとんどの受動的なエネルギー消散技術が速度または変位に依存するので、さまざまな入力周波数および大きさに対する軽減された応答の著しい非線形性がある。ＴＭＤは、単一の振幅で効果がある傾向がある。例えば、ＴＭＤが中間の振幅でよく機能する場合、それは標準Ｃ２ダンピング機構の非線形特性により多少の振幅で同様に動作しない。応答するダンピングに依存しない、且つ線形で力から独立した励起の軽減を提供するシステムおよび方法が、望ましい。
【０００６】
標準Ｃ２ダンピング機構の非線形特性によって固有である別の欠点は、周波数感度である。Ｃ２機構によって励起するフローの速度は、さまざまな周波数で異なる。例えば、５ＨｚでＣ２損失機構を横切って進行する速度は、１０Ｈｚの速度の半分である。典型的ＴＭＤ  Ｃ２機構が、粘着性またはｃｏｌｕｍｂ装置を組み込むので、最大のエネルギー消散は、特定の周波数でだけ発生することがありえる。他のいかなる周波数によっても、Ｃ２による異なる流速、したがって異なる損失係数が生じる。このようなわけで、Ｍ２システムの共振応答に依存するＴＭＤ性能は、チューニングの精度に非常に敏感である。Ｃ２による流速は、Ｍ２応答システムがどの程度一次システムに同調するかに依存して大幅に変化する。従って、現行のＴＭＤシステムの更なる重大な欠点は、非常に狭い周波数範囲を通じて効果的に軽減するだけというそれらの制限である。
【０００７】
標準ＴＭＤは、振動の軽減を最大にするために応答マスサスペンション剛性（Ｋ２）およびダンピング（Ｃ２）を調整することによって通常最適化される。Ｋ２項の調整は困難でない。他方、Ｃ２項は、それが特定の振幅および周波数のために綿密に構成されない場合、ＴＭＤ減衰性能を劇的に損なうことがありえる。
【０００８】
チューンド振動吸収装置（ＴＶＡ）として公知の類似の減衰システムは、反慣性／力機構として軽減マスを利用する。ＴＶＡシステムは、通常、ＴＭＤシステム、例えば、応答時間、非線形性、および狭帯域応答と同じ欠点を有する。ＴＶＡおよびＴＭＤの両方法については、エネルギーは、応答を軽減するためにＴＶＡまたはＴＭＤシステムに入れなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるシステムおよび方法は、従来技術のＴＭＤシステムの従来技術のＣ２ダンパーを置き換える運動に対する抵抗が制御される結合機構を提供することによって、これらの複数の欠点を解決する。新しいモード利得システム属性を設定することによって一次システム応答を基本的に変えて、周波数同調感度を削減するのはこの方法および記載されたシステムである。運動に対する抵抗が制御される結合機構は、従来技術の運動に対する抵抗機構により教示されるように、応答する方法で振動を減衰せず、むしろマスの間に関与の許容可能な位相を命令することによって、システムの基本的な特性を変える。換言すれば、システムは、複雑なモード形および利得を設定トするために許容可能な結合を命令する。
【００１０】
二次マスが応答して、反慣性力（ＴＶＡ）を印加するかまたはシステム（ＴＭＤ）からエネルギーを放出する手段を提供できるように、従来の方法は、事実上「応答する」であり、通常、エネルギーの二次マス（Ｍ２）への伝達を必要とする。対照的に、本開示によるシステムは、事実上「変化させる」である。それは、エネルギーを消散することを試みず、むしろ所望の抵抗を一次マスＭ１へ供給する運動に対する抵抗が制御される結合Ｃ２機構によって、一次マスＭ１と二次マスＭ２の間の関与の許容可能な位相を命令する。一定の抵抗は、マス間の関与の一定の位相を提供する。様々な抵抗は、マス間の関与の対応する様々な位相に結果としてなる。各抵抗レベルおよび関与のその結果として生じる位相は、被結合システムの固有のモード利得特性を確立する。所望のモード利得応答は、抵抗プロフィールをいかなる所与の力にも定めることによって達成可能である。
【００１１】
現行の技術は、被結合システムの基本的なモード利得応答特性を設定するためにマスの間の許容可能な関与を命令する手段を提供する。従来技術のシステムとは異なり、一次システムとばね付きの二次システムの間の周波数整合は、モード特性のこの破壊的変更を達成するために必要としない。ばね付きの二次システムが複合システム応答でモードマス関与を有する場合は、従来技術と同じ効果は、マスの間の関与の位相を単に命令することにより達成される。すなわち、節点ではない。
【００１２】
歴史的に、ＴＭＤシステムのＣ２減衰構成要素の分析は、エネルギーの消散にほぼ完全に重点を置いた。ＴＭＤの目的は、現在まで、エネルギーを振動Ｍ２構成要素からＣ２消散構成要素に放出することであった。この方法が振動を軽減するＴＭＤ設計を作成するために用いることができると共に、方法は非線形振動軽減方法を提供する。振幅から独立しているＭｌとＭ２の間の位相関係を制御して管理する提案された方法は、すべての以前のＴＭＤ設計より著しく性能が優れている振動軽減装置を提供する。
【００１３】
最新のＴＭＤ  Ｃ２減衰機構は、機能するために開口部を通る流体またはガスのフローに依存する。Ｃ２減衰機構は、Ｍ１とＭ２の間に「運動に対する抵抗」を提供する。開口部ベースの方法は、Ｃ２力と相対速度の速度二乗（Ｖ２）関係によって特徴づけられる。この非線形二乗関係は、単一の振幅または励起力のために最適化されるだけである振動軽減方法を生成する。開口部ベースのＴＭＤシステムの非線形関係は、小さい、中間、および大きい振幅で異なって作動する動的軽減機構を生じる。
【００１４】
図１ｂは、標準開口部ベースのＴＭＤシステムの三次元周波数応答機能ＦＲＦ特性を示す。プロットのアプリケート（Ｚ軸）がシステム利得であると共に、横軸（Ｘ軸）はモード応答周波数を定量化する。縦軸（Ｙ軸）は励起力の大きさである。励起力の大きさは、開口部ベースのシステムの固有の力非線形性から生じるＣ２「運動に対する抵抗」項に正比例することを理解しなければならない。標準ＴＭＤシステムにおいて、小さい励起力は、小さいＣ２「運動に対する抵抗」に対応する。大きい励起力は、大きいＣ２「運動に対する抵抗」に対応する。この非常に非線形な関係は、開口部機構の速度二乗（Ｖ２）力依存に直接関連がある。
【００１５】
結果として生じる三次元線図は、ハルトフドメインと呼ばれて、２つの異なったゾーンによって特徴づけられる。ゾーン１は、２つの「スプリットモード」を含み、そしてＣ２「運動に対する抵抗」項が小さいときに生ずる。ゾーン２は、「合体」モードとして定義される単一モードを含み、そしてＣ２減衰が大きいときに観察される。Ｃ２「運動に対する抵抗」が非常に小さいかごくわずかでさえあるゾーン１で、より低い周波数スプリットモードは、０度（同相のモードとして記載される）に近いＭ１とＭ２の間の位相関係によって応答する。より高い周波数ゾーン１スプリットモードは、約１８０度である（位相外れのモードとして記載される）Ｍ１とＭ２の間の位相関係によって応答する。
【００１６】
励起力および対応するＣ２「運動に対する抵抗」が増大するとき、より低いおよびより高いスプリットモードは、利得が減少して、Ｍ１とＭ２の間の約９０度の位相関係によって単一モードに最終的に合体する。合体モードの出現はゾーン２を定める。Ｍ１とＭ２の間のモード位相関係は移行項であり、そして実際には、正確に０．０、１８０．０、または９０．０度であると決して測定されない点に留意することは重要である。
【００１７】
特許または出願ファイルは、カラーで作成される少なくとも一つの図面を含む。カラー図面付きのこの特許または特許出願公告のコピーは、要請および必要な料金の支払いに応じて役所により提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１ａ】従来技術のチューンド・マス・ダンパー（ＴＭＤ）システムのブロック図である。
【図１ｂ】標準開口部ベースのＴＭＤシステムの三次元周波数応答機能特性を示す。
【図２】本開示の例示的実施形態による破壊チューンドマス（ＤＴＭ）システムを示すブロック図である。
【図３ａ−ｄ】簡単な片持ち梁の一次モードの中のばね付き二次マスのモード関与を示す。
【図４】ＴＭＤシステムおよびＤＴＭシステム応答を比較するために用いる例示的な試験システムの写真である。
【図５】図４の試験システムの機能的な表現である。
【図６】ＴＭＤシステムの試験の例示的な試験結果を表し、入力力対大きさおよび周波数を示す。
【図７】ＴＭＤシステムの試験の３次元試験結果を表し、入力力対大きさおよび周波数を示す。
【図８】ＴＭＤシステムの試験のアイソメトリック・ハルトフ・ドメイン・プロット・シリーズの側面図を示す。
【図９】ＴＭＤシステムの一次システムマスＭ１と応答マスＭ２の間の位相関係を示す。
【図１０】本開示の例示的実施形態によるＤＴＭシステムのための試験セットアップの機能的な表現である。
【図１１】ＤＴＭシステムの試験の例示的な試験結果を表し、入力力対大きさおよび周波数を示す。
【図１２】図１１に示す試験の三次元試験結果を示す。
【図１３】図１０および１２に表す試験のためのアイソメトリック・ハルトフ・ドメイン・プロット・シリーズの側面図を示す。
【図１４】図１４は、位相トレースを示し、応答マスと一次マスの間の位相関係が励起力レベルの全範囲にわたって基本的に一定のままであることを示す。
【図１５】ＤＴＭシステムの試験の例示的な試験結果を示し、そこでは、ゾーン１スプリットモードが小さい振幅で得られたように、制御結合が設計されて、振幅が増大するにつれて、システムはゾーン２合体モードに移行した。
【図１６】三次元フォーマットの図１５の結果を示す。
【図１７】例示的なＤＴＭシステムの一次システムマスＭｌと応答マスＭ２の間の位相関係を示す。
【図１８】試験結果を示し、そこでは、抵抗が、関与の位相およびモード利得を命令するためにダイヤルインされた。
【図１９】図１８に示される試験の結果を示し、位相に対して周波数をプロットする。
【図２０】懸架した振り子システムを備えるＤＴＭシステムを実装する試験台を示す。
【図２１】図２０に示すシステムの試験結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図２は、従来技術のＴＭＤシステム１０（図１）の従来技術のダンパーＣ２（図１）を置き換える運動に対する抵抗が制御される結合機構１０１を備える本開示の例示的実施形態によるシステム１００を示す。本願明細書に述べるように、運動に対する抵抗が制御される結合機構１０１は、従来技術により教示されるように、応答する方法で振動を減衰せず、むしろシステムの基本的な特性を変える。運動に対する抵抗が制御される結合機構が適所にあると、システム１００は、エネルギーを消散することを試みず、むしろ一次マスＭ１と二次マスＭ２の間の結合を制御し、運動に対する抵抗が制御される結合機構１０１は、ほとんど一定の線形抵抗を一次マスＭ１へ提供する。加えて、またシステムによって、制御結合機構１０１が、万一入力力プロフィールが示唆するならば、基本的なシステム応答をカスタマイズするために、可変抵抗を一次マスに提供できる。
【００２０】
本開示によるシステムは、本明細書において「破壊チューンドマス（ＤＴＭ）」システムと称される。従来技術のチューンド・マス・システムは、Ｍ２の応答する運動に重点を置いて、Ｍ２が現在の方法の運動に対する抵抗が制御される結合機構１０１を提供できる破壊的挙動に重点を置かなかった。破壊的な方法でＭ２を使用することは、本願明細書に更に述べるように、応答するＴＶＡおよびＴＭＤ方法に固有である力および時間依存を排除するのに役立つ。これは、結合機構１０１および二次マスによる一次システム応答を基本的に変えることにより達成される。
【００２１】
一実施形態において、運動に対する抵抗が制御される結合機構１０１は、米国特許第８９３９１７８号明細書（その内容全体を参照によって本願明細書に引用する）に開示されたタイプの可変開口往復リード（ＶＡＲＲ）弁（図示せず）である。ＶＡＲＲ弁は、弁を横切る圧力差に基づいてそのフロー開口（図示せず）を自動的に調整する。フロー開口は、所望のフロースケジュールを達成するために、変化する圧力差によって変化する。
【００２２】
別の実施形態では、運動に対する抵抗が制御される結合機構１０１は、反対方向に整列配置される２つの「標準」リード弁を備える。標準リード弁は、気体または流体のフローを単一方向に制限して、各面への圧力を変えることにより開閉する。反対方向に整列配置される２つの標準リード弁は、ＶＡＲＲ弁に同様に作動できる。
【００２３】
上記の両方の実施形態（ＶＡＲＲ弁または２つのリード弁）において、運動に対する抵抗が制御される結合機構１０１は、小さい振幅で小さくて、中間の振幅で中間で、且つ大きい振幅で大きい有効な口径を有する。運動に対する抵抗が制御される結合機構１０１は、運動または力に対する応答において線形に変化する補償要素である。更に、これらの実施形態の両方において、運動に対する抵抗が制御される結合機構１０１は、受動的に、すなわちいかなる外部電力または駆動も必要とせずに作動する。他の実施形態において、能動的な運動に対する抵抗が制御される結合機構が使用される。
【００２４】
能動的な運動に対する抵抗が制御される結合システムは、ＶＡＲＲと類似の方法で作動するように設計できる。能動的な運動に対する抵抗が制御される結合機構の実施例は、磁性流体（ＭＲ流体）であり、それはキャリア流体のスマート流体のタイプ、通常、油のタイプである。ＭＲ流体が磁場の影響下に置かれるときに、流体はその見掛け粘度を非常に上昇させる。粘度の増大は、大きさに比例して抵抗を変える。この変化は、運動に対する抵抗が制御される結合特性を制御するために用いることができる。
【００２５】
図３ａ〜３ｄは、二次のばね付きマス３０１を備えた簡単な片持ち梁システム３００を示し、本開示による例示システムの原理を更に示す。図３ａは、二次のばね付きマス３０１を備えた非変形梁３００を示す。図３ｂ〜３ｄにおいて、簡単な梁のための第１の３つの曲げモードが示される。ライン３０２は、比較のために、ライン３００が非変形形状を示す一方で、これらのモード毎にモード形状を示す。図３ｂは、３Ｈｚで、第１の曲げモードを示し、図３ｃは、１８Ｈｚで、第２の曲げモードを示し、そして図３ｄは、５０Ｈｚで、第３の曲げモードを示す。示されたこれらのモード毎に、ばね付き二次マス３０１は、これらのシステムモードの全３つに関与する有意なモードマスを有する。運動に対する抵抗が制御される結合機構（図示せず）による、本開示によるシステムは、それがこれらのシステム曲げモードのいずれかまたは全部にモード方式で関与するとき、この二次マスの関与の許容可能な位相を命令するために用いることができる。これは、周波数に合致するかまたはいかなるエネルギーも消散する必要なしに、これらの基本的なシステムモード応答の変換を可能にする。二次マスＭ２（３０１）と残りのシステムの間の抵抗は、それが各モードに関与するとき、Ｍ２（３０１）マスの関与の所望の位相ラグにダイヤルインするために調整される。この機能は、複数の試験台でうまく実証された。そして結果は、図１７、１８、および２０に示されて、更に以下に述べられる。
【００２６】
破壊チューンド・マス・システムとチューンド・マス・ダンパーとの実験的な比較
Ａ．チューンド・マス・ダンピング・システム試験
試験は、本開示によるＤＴＭシステムと比較して公知技術のチューンド・マス・ダンパー・システムによって得られた異なる結果を実証するために実行された。図４は、アラバマ州ハンツヴィルに在るマーシャル・スペース・フライト・センターのＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｍｏｄａｌ  Ｔｅｓｔ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙで行われた試験のための試験システム４００を示す。試験システム４００は、バルクマス４０４（自由度２のシステムのＭ１を表す）、ばね４０１（Ｋ１を表す）、応答マス４０２（Ｍ２を表す）、応答ばね４０５（Ｋ２を表す）、およびガス室／送風装置４０３から成る。ＴＭＤシステムとしてのシステムの試験のために、開口部（粘着性損失機構、示されない）は、ダンパー（Ｃ２）として使われた。ＤＴＭシステムとしてのシステムの試験のために、開口部は、ＶＡＲＲ弁または等価な従来のリード弁アセンブリと置き換えられた。
【００２７】
図５は、図４の試験システムの機能的な表現であり、そこで、システム５００は、バルクマス５０５（Ｍ１）、応答マス５０２（Ｍ２）、ガス室／送風装置５０３、および開口部５０４（Ｃ２）から成る。
【００２８】
ガス室／送風装置５０３は、一次マス５０５（Ｍ１）と応答マス５０２（Ｍ２）の間の相対的変位の間に開口部５０４に空気を通すために用いた圧縮性送風装置室を備えた。対応する送風装置ガス室システムは、従来のチューンド・マス・ダンパー・システムのための開口部ベースのＣ２「運動に対する抵抗」機構を構築する便利な方法を提供した。
【００２９】
複数の力−線形試験が、遅いサイン掃引技術を用いて５５０ポンドＴＭＤシステム５００で行われた。励起力、Ｍ１加速、ガス室圧、およびＭ２加速は、別々の励起大きさで記録された。この方法は、三次元ウォーターフォール・プロットにアセンブルされた一連の周波数応答機能プロットを生じた（図７）。それは上述したハルトフドメインを直接表わす。プロットのアプリケート（Ｚ軸）が、ｇ／ｌｂで表されるシステム利得であるのに対して、横軸（Ｘ軸）は、ヘルツで表されるモード応答周波数である。縦軸（Ｙ軸）は、Ｍ２に印加される励起力入力であり、「運動に対する抵抗」（Ｃ２ダンピング）項と比例する。
【００３０】
図６および７は、０．４８６インチの直径Ｃ２気流開口部を利用してシステム５００の実験に基づくＴＭＤ試験台から得られる拡張した一連の周波数応答機能（ＦＲＦ）を示す。サイン掃引測定値は、１．１３ポンド〜７５．３２ポンドであるサイン掃引ピーク・トゥ・ピークの力レベルでＭ１加速度計により記録された。開口部ベースの方法は、力とＭ２とＭ１の間の相対速度との間の速度二乗（Ｖ２）関係によって特徴づけられた。したがって、小さい振幅で、開口部ベースのＣ２「運動に対する抵抗」機構は、Ｍ１とＭ２の間にほとんど「運動に対する抵抗」を提供しなかった。振幅が増大したとき、開口部ベースのＣ２機構は、Ｍ１とＭ２の間に劇的に増大した「運動に対する抵抗」を発生した。標準開口部ベースのＴＭＤは、開口部の非線形力特性により、小さい、中間の、そして大きい振幅でよく機能することができない。
【００３１】
小さい励起力で、２つの異なったハルトフ・ゾーン１スプリットモードは、６．９Ｈｚの小さい同相のモードおよび９．６Ｈｚの大きい位相外れのモードによって明らかに存在する。最小の励起力レベルで、Ｃ２開口部ベースの「運動に対する抵抗」装置は、ゾーン１スプリットモードの振動応答を軽減するためにはあまりに小さいネット抵抗を発生させたに過ぎない。励起力が増大するにつれて、振幅は増大して、Ｃ２開口部を通る後のガス流は、速度の二乗関数として増大して、約１７ポンドのピーク・トゥ・ピークの励起力でハルトフ・ゾーン２合体モードになった。１７ポンドのピーク・トゥ・ピークの励起力を超えて、Ｍ２は、Ｍ１の振幅と単に同じペースを保つことができなかった。振幅が安全限界を上回るまで、合体モードの利得は連続的に増大した。
【００３２】
図８は、同じ試験台の試験からのアイソメトリック・ハルトフ・ドメイン・プロット・シリーズの側面図を示す。ゾーン１（スプリットモード）からゾーン２（合体モード）への移行は、１７ポンドのピーク・トゥ・ピークの励起力のまわりのプロットの極小で明らかに観察できる。この最適励起力の大きさの上下で、振動軽減性能は弱められる。ＴＭＤの性能制限非線形応答属性を克服する標準的方法は、応答マスの大きさを増加することである。
【００３３】
図９は、一次システムマスＭ１と応答マスＭ２の間の位相関係を示す。これは、標準的な開口部を装備したＴＭＤシステムの位相関係が、非線形であり、そして振幅が増大するにつれて著しく変化することを明らかに示す重要なプロット・シリーズである。非線形位相状態は、ＴＭＤ振動減衰性能を制限する根本問題である。
【００３４】
Ｂ．破壊チューンド・マス・システム試験
図１０は、本開示の例示的実施形態によるＤＴＭシステム１０００のための試験セットアップの機能的な表現である。この試験セットアップにおいて、システム５００（図５）の「Ｃ２」開口部５０４は、運動に対する抵抗が制御される結合機構１０１（図２）と置き換えられた。この機構１０１は、振動システムの慣性エネルギーを放出するために消散エネルギーに依存しない新型のチューンド・マス・システムを構築する。ＤＴＭ技術は、むしろ一次システムＭ１の基本的な応答属性を変えて、制御するために、一次システムＭ１と二次マスＭ２の間の結合の位相を制御する。これは変形させる方法であり、そしてシステムの新しい動的な応答属性を確立する。重点は、動的なシステムの抑えた応答を生じるために、一次システムの破壊に単にある。ＤＴＭは、ＴＭＤの主要な制限、例えば力および時間依存も回避すると共に、同等に設計されたＴＭＤに優る性能を常に示す。
【００３５】
例示の実施形態のＤＴＭシステム１０００は、バルクマス１００５（Ｍ１）、応答マス１００２（Ｍ２）、ガス室／送風装置１００３、および運動に対する抵抗が制御される結合機構１０１を備える。この実施形態において、運動に対する抵抗が制御される結合機構は、米国特許第８９３９１７８号明細書に記載のタイプのＶＡＲＲ弁１０１である。
【００３６】
ガス室／送風装置１００３は、一次マス１００５（Ｍ１）と応答マス１００２（Ｍ２）の間の相対的変位の間にＶＡＲＲ弁１００４に空気を通すために用いる圧縮性送風装置室を備える。
【００３７】
ＶＡＲＲ弁１００４は、貫通孔領域１０２０を横切って伸びる半硬プレートまたは「リード」１０３０を備える。プレート／片持ち梁の外に向かう／自由端１０３０Ａが、プレート１０３０の両側の圧力差がゼロであるときに、すなわち、プレート１０３０が静圧環境にあるときに、フロー・スケジュール・インサート１０１８の線形先端１０１８Ａに隣接するが、それと間隔を置いて配置されるように、リード１０３０は片持ち梁を定める。
【００３８】
フロー・スケジュール・インサート１０１８は、リード弁１００４のための可変開口を定めるのを助ける輪郭付きプロフィールを定める。例示の実施形態では、インサート１０１８の輪郭付き表面プロフィールは、線形先端１０１８Ａ、貫通孔領域１０２０の一方向に線形先端１０１８Ａから離れて伸びる凹面１０１８Ｂ、および貫通孔領域１０２０の反対方向に線形先端１０１８Ａから離れて伸びる凹面１０１８Ｃを含む。
【００３９】
作動中、ＶＡＲＲ弁１００４は、フロー領域１００Ａおよび１００Ｂを有する。領域１００Ｂの圧力が領域１００Ａより大きいときに、プレート１０３０は領域１００Ａの中へ偏向する。反対に、領域１００Ａの圧力が領域１００Ｂより大きいときに、プレート１０３０は領域１００Ｂの中へ偏向する。インサート１０１８の輪郭付き表面１０１８Ｂおよび１０１８Ｃは、リード弁１００４のフロー開口を変化させる。例示の実施形態では、表面１０１８Ｂおよび１０１８Ｃの凹形性質によって、フロー開口は、（すなわち、表面１０１８Ｂおよび１０１８Ｃのために使用する幾何学的形状に基づいて）幾何学的に増大して、領域１００Ａと１００Ｂの間の増大した圧力差は、それによって、圧力差が増大するにつれて、フローを増大させてフロー制限を減らす。
【００４０】
ＤＴＭ技術の重要な促進構成要素は、運動に対する抵抗が制御される結合機構１０１である。図９に示すように、標準ＴＭＤシステムは、Ｍ１一次マスとＭ２応答マスの間の相対的な位相を管理したり、操ったりしない。しかしながら、図６〜９の入念なチェックは、標準ＴＭＤ振動軽減方法がＭ１とＭ２の間の単相の大きさで最大減衰レベルを達成することを示す。ＤＴＭ方法は、他方では、運動に対する抵抗が制御される結合機構を利用して、振幅および力から独立しているシステム位相を管理する。専用の「制御結合」Ｃ２方法は、振幅が最小であるときに小さくて、振幅が最大であるときに大きい可変開口部とみなすことができる。したがって、運動に対する抵抗が制御される結合機構は、要求に応じて、その有効な開口部寸法を最適に調整する。
【００４１】
ＶＡＲＲ弁１００４は、フロー要求と比例する可変往復フローを提供する。上記のように、ＶＡＲＲ弁１００４は、差圧が存在するときに偏向するリードペタルを使用する。可変開口往復リード弁は、貫通孔領域を画成する弁本体を含み、貫通孔領域の少なくとも一部の表面は、輪郭付きプロフィールを画成する。半硬プレート（リードペタル）は、貫通孔領域を横切って伸びる片持ち梁を画成するために、弁本体にその片側で固定されて、そこにおいて、片持ち梁の少なくとも一つの自由端は、非接触関係で貫通孔領域の輪郭付きプロフィール部分に対向する。ＶＡＲＲの往復フロー制御は、弁の入口側と出口側の間の圧力差（デルタ圧力）により決定される。ＶＡＲＲ弁は、ガスフロー要求と関連してサイズが比例して変化する可変サイズ開口を提供するように設計される。ガスフローは、装置を前後の方向に横断するかまたは単一のフロー方向に使うことができる。ＶＡＲＲ弁は、幅広い範囲のフロー状態を満たすように設計して、最適化できる。それは可変開口部として効果的に機能する。フロースケジュールの輪郭付き表面と同様にリードペタル剛性および表面積は、先例のない適応力を容易にする。
【００４２】
開口部ベースのＣ２機構により提供される力が、非線形であり、そして相対速度の二乗関数として増大することを想起されたい。従来の非線形開口部Ｃ２機構をＴＭＤアプリケーションに用いるときに、Ｍ１とＭ２の間の位相は、いろいろな振幅で著しく変化する。ＶＡＲＲ弁のようなリード弁Ｃ２機構は、チューンド・マス・システムに結果としてなる線形に近い力関係を提供し、チューンド・マス・システムにおいて、Ｍ１とＭ２の間の位相関係は、振動減衰性能を劇的に高めるように設計できる。
【００４３】
「制御結合」が、多くの従来のリード弁アセンブリまたはアクティブな制御システムのようなＶＡＲＲ弁以外の機構によって達成できることに留意しなければならない。ＶＡＲＲが提供する原則態様は、速度に対する線形に近い力の関係、受動的な動作、および設計の単純性である。
【００４４】
ＤＴＭ振動軽減性能を確認するために、従来の開口部で以前試験された同一の研究室ベースのＴＭＤシステムが、更なる試験のために再構成された。標準開口部ベースのＴＭＤ  Ｃ２機構は、取り外されて、「制御結合」Ｃ２リード弁アセンブリと交換した。他の全てのシステム特徴、例えば、Ｍ１一次マス、Ｍ２応答マス、Ｋ１およびＫ２サスペンションばね定数、および最初のＣI一次マスダンピングは、不変のままだった。「制御結合」Ｃ２リード弁アセンブリは、Ｍ１一次マスとＭ２応答マスの間のほぼ一定の位相のずれを提供するように調整した。図１１〜１４は、ＤＴＭ試験結果を詳細に示す。プロットは、前に示されたＴＭＤ試験結果（図６〜９）との一対一の比較を容易にするために、同一の縦軸スケールを利用して作成した。
【００４５】
図１１および１２は、「制御結合」Ｃ２リード弁方法を利用するＤＴＭ周波数応答機能（ＦＲＦ）の拡張シリーズから成るハルトフドメインを示す。ここで留意すべきは、ＤＴＭシステムが、すべての励起力の大きさでハルトフドメインのゾーン１で機能したままであることである。システムは、よく最適化されて、明らかに力線形である。これは、小さい、中間の、大きい、および非常に大きい力励起レベルにとって正しい。力線形ＦＲＦ測定値は、１．０９ポンド〜９８．１０ポンドであるサイン掃引ピーク・トウ・ピークの力レベルでＭ１一次マス加速度計で得られた。ＤＴＭ方法の最適化された軽減性能は、高レベル励起に対する増加した抵抗力を可能にした。ＤＴＭシステムが９８．１０ポンド・ピーク・トウ・ピークまで安定であったが、前に試験された開口部を装備したＴＭＤシステムは、７５．３２ポンド・ピーク・トウ・ピーク励起力で不安定になった。また、応答マスの増加は、更なる軽減性能を達成するために必要ではなかった。
【００４６】
図１３は、アイソメトリック・ハルトフ・ドメイン・プロット・シリーズの側面図を示す。以前の開口部ベースのＴＭＤトレースは、「制御圧縮性」ＤＴＭ結果との直接比較のために含まれた。ここで留意すべきは、ＤＴＭシステムがそれぞれの個別の励起力レベルで最適化されたままであるので、ＤＴＭシステムは極小を含まないことである。ＤＴＭは、すべての力励起レベルで伝統的なＴＭＤ方法より劇的に優れている。
【００４７】
図１４は、位相トレースを表して、応答マスと一次マスの間の位相関係が、励起力レベルの全範囲にわたって基本的に一定のままであることを示す。これは、「制御結合」ＤＴＭ方法を使用したことの直接の結果である。リード弁アセンブリが、拡張励起力範囲の全体にわたって非常に小さい利得ゾーン１ハルトフ・スプリット・モードを維持するために最適化される一方で、リード弁は、異なるＭ１対Ｍ２位相関係を提供するために異なって最適化されることができる。
【００４８】
概念的には、開口部ベースのＴＭＤ振動軽減システムの非線形制限は、ＴＭＤおよびＤＴＭ力線形試験結果をチェックするときに直ちに観察できる。簡単に言えば、設定された開口部を通るガスフローは、単一の振幅での振動軽減のために最適であるだけである。
【００４９】
以前のＤＴＭ試験シリーズにおいて使用した「制御結合」方法は、ゾーン１ハルトフ・スプリット・モード・ドメインで完全に作動する振幅の拡張した動作範囲にわたってほとんど一定の位相を維持した。この方法が、動作範囲の全体にわたって振動減衰性能を明らかに最大にするが、一定の位相が必ずしもＤＴＭ「制御結合」方法の原則目的であるとは限らない点に留意する必要がある。例えば、振幅が増大するとき、ゾーン２合体モードからゾーン１スプリット・モード・ドメインへ移行することが有利でありえる。または、「制御結合」は、全ＤＴＭ動作範囲にわたってゾーン２合体モードだけを得るために用いることができる。加えて、「制御結合」は、（以前のＤＴＭ試験結果により示されるように）ゾーン１スプリット・モード・ドメインで作動するだけだったＤＴＭシステムを生成するために使用できた。
【００５０】
更なる試験シリーズは、「制御結合」を装備したＤＴＭの有利な性能特性を更に示すために行われた。ＶＡＲＲ弁は、小さい振幅で豊富なフロー、そして大きい振幅で制約されたフローを提供する積極的なフロー・エリア・スケジュールに関連して比較的柔らかいリードペタルにより設計された。目的は、ゾーン１スプリットモードが非常に小さい振幅で得ることができるように「制御結合」を設計することであった。それから、振幅が増大するにつれて、システムはゾーン２合体モードに移行した。根本目的は、地震のような極度の振動事象の間に減衰性能を最大にするために、中間および大きい振幅でシステム利得ならびにＭ１対Ｍ２位相関係を一定に保つことであった。
【００５１】
図１５および１６は、この試験の結果を示す。これらの図に示すように、ゾーン１スプリットモードは、１２．７２ポンド・ピーク・トウ・ピーク以下の励起力レベルで存在する。１２．７２ポンド以上で、ゾーン２合体モードは、２５．７９〜９５．５７の一定利得とともに現れた。図１７は、システムの応答マスと一次マスの間の位相関係を示す。一旦システムがゾーン１からゾーン２へ移行すると、励起力が増大するとき、Ｍ１対Ｍ２位相は基本的に一定のままである。
【００５２】
Ｃ．２つの自由度システムのための抵抗にダイヤルインすることによって関与の位相およびモード利得を命令する試験
試験は、２つの自由度システムのための抵抗にダイヤルインすることを示すために実行された。上記の（そして図４および５に示される）同じ試験台が、この試験に使われた。しかしながら、周波数に合致する代わりに、一次システム（Ｍ１）が１３．５Ｈｚの近くで跳ねるが、二次マスは３Ｈｚの近くで跳ねる。Ｍ２とＭ１の間の抵抗が変えられるとき、固有の位相関係は、運動に対する抵抗が制御される結合レベルごとに達成される。関与の各固有の位相は、全体システムの新しいモード利得特性を設定する。図１８および図１９は、この試験の結果を示す。
【００５３】
図２０は、懸架した振り子システム１９００を備えたＤＴＭシステムを実装する別の試験台を示す。このシステムにおいて、振り子１９０１は、タワー１９０２から懸架される。運動に対する抵抗が制御される結合機構１９０３は、振り子１９０１とタワー１９０２の間に結合される。振り子１９０１は１．２Ｈｚの近くで跳ね、そして一次タワーモードは約３Ｈｚである。従来のシステムと同様に、３Ｈｚタワー応答は、それ自体と他のばね付きマスの間の抵抗にダイヤルインすることにより軽減されて、周波数に合致するかまたはシステムからエネルギーを消散することにより軽減されない。これらの実施例の両方とも、ばね付きマスの共振応答は、データにおいて識別可能ではない。運動に対する抵抗が制御される結合機構１９０３内の抵抗は、ばね付きマスモードを非常に過減衰させるために十分大きい。図２１は、この試験の結果を表す。
【００５４】
本開示は、本願明細書に記載されている基本的特徴を逸脱しない範囲で他の特定の形および実施形態で提供することができる。記載されている実施形態は、すべての態様において例証を示すだけであり、いかなる方法でも制限されないと考えるべきである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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